李佳秀,張春嶺,劉 慧,陳大磊,劉杰超,焦中高

(中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院鄭州果樹研究所,河南鄭州 450009)

草莓為薔薇科草莓屬多年生草本植物,其成熟果實(shí)含水量高、皮薄、組織嬌嫩、肉軟多汁,易受微生物浸染,貨架期短,不耐貯運(yùn),因此常被加工成草莓汁、草莓漿、草莓醬、草莓罐頭等產(chǎn)品,以緩解草莓供應(yīng)期短、上市集中的壓力,減少采后損失,并為消費(fèi)者提供多樣化選擇[1]。其中,草莓汁因其色澤鮮艷、營養(yǎng)價(jià)值高而深受市場歡迎,成為草莓深加工的主導(dǎo)產(chǎn)品。關(guān)于草莓汁的加工已有較多研究,但主要集中于加工工藝條件及其對草莓汁理化特性和貯藏性的影響[2-7],關(guān)于草莓汁的糖酸組成以及摻假鑒別則未見報(bào)道。

表1 供試摻假樣品及編號(hào)Table 1 Numbers of tested adulterate samples

可溶性糖和有機(jī)酸是果汁中主要的營養(yǎng)成分和風(fēng)味物質(zhì),其組成與含量是影響果汁口感、滋味、風(fēng)味及穩(wěn)定性的重要因素[8-11]。對果汁中可溶性糖、有機(jī)酸的組成與含量進(jìn)行分析不僅有助于了解果汁的營養(yǎng)與風(fēng)味特征,而且可利用果汁的糖、酸組成特征對果汁種類及摻假行為進(jìn)行區(qū)分和鑒別。Navarro等[12]采用毛細(xì)管區(qū)帶電泳法對蘋果、葡萄、柑橘、橙、菠蘿等5種果汁中的可溶性糖含量,發(fā)現(xiàn)不同種類果汁中各種可溶性糖的比例存在明顯差異,因此可利用不同可溶性糖含量的比值結(jié)合化學(xué)計(jì)量學(xué)分析對果汁種類及摻入葡萄汁的橙汁、菠蘿汁進(jìn)行區(qū)分;蘇光明等[13]通過分析蘋果汁和摻假蘋果汁中有機(jī)酸的組成與含量,利用二元邏輯回歸分析建立判別模型,用于摻假蘋果汁的鑒別;通過測定葡萄汁中的山梨醇含量可以判別其中是否摻加蘋果汁[14];利用有機(jī)酸組成及含量結(jié)合化學(xué)計(jì)量學(xué)分析也可實(shí)現(xiàn)蘋果、葡萄、柑橘、橙、菠蘿等5種果汁的區(qū)分[15]。Nikolaou等[16]通過分析希臘鮮橙汁中有機(jī)酸和可溶性糖的組成還實(shí)現(xiàn)了對不同產(chǎn)地的區(qū)分。

本研究采用高效液相色譜法(high performance liquid chromatography,HPLC)對不同品種草莓果汁中的可溶性糖和有機(jī)酸組成與含量進(jìn)行分析,以了解草莓汁的糖酸組成特征及品種的影響,在此基礎(chǔ)上通過對模擬摻假草莓汁的糖酸組成分析結(jié)合化學(xué)計(jì)量學(xué)方法探索其在草莓汁摻假鑒別中的應(yīng)用效果,以期為草莓汁的質(zhì)量控制提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

草莓 采自中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院鄭州果樹研究所草莓資源圃,共10個(gè)品種,分別為豐香(CM1)、甘露(CM2)、京藏香(CM3)、京醇香(CM4)、南方紅顏(CM5)、寧玉(CM6)、甜查理(CM7)、章姬(CM8)、紫金香玉(CM9)、佐賀清香(CM10),每個(gè)品種在成熟期采收1次,果實(shí)采收后立即運(yùn)抵實(shí)驗(yàn)室,剔除病蟲害果、腐爛果,選取大小、著色基本一致的果實(shí)供制汁用;果膠酶(>40 PA/mg)德國DSM公司;棉子糖、蔗糖、葡萄糖、果糖、山梨醇、草酸、酒石酸、奎寧酸、蘋果酸、莽草酸、乳酸、檸檬酸、富馬酸 純度98%以上,美國Sigma公司;EDTA二鈉鈣 分析純,美國Aladdin公司;磷酸 分析純,天津市致遠(yuǎn)化學(xué)試劑有限公司;磷酸氫二銨 分析純,天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司。

1525高效液相色譜儀(配有2707自動(dòng)進(jìn)樣器、2414示差折光檢測器、2998二極管陣列檢測器)美國Waters公司;九陽料理機(jī) 九陽股份有限公司;L-550離心機(jī) 湖南湘儀離心機(jī)儀器有限公司;砂芯過濾裝置 津騰實(shí)驗(yàn)設(shè)配有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 草莓汁制備 按照以下工藝制備草莓汁:

草莓果實(shí)→去萼片→打漿→滅酶(沸水浴,5 min)→冷卻→加果膠酶酶解(0.1%,50 ℃,40 min)→冷卻→離心(4000 r/min,10 min)→過濾→草莓汁

制得的草莓汁貯存于-80 ℃超低溫冰箱,分析前取出2 mL加水定容至10 mL,用0.22 μm微孔濾膜過濾。

1.2.2 模擬摻假 草莓汁中分別摻加20%、40%、60%、80%、100%的梨汁、蘋果汁、桃汁和杏汁作為偽品,樣品編號(hào)見表1,用于摻假測試的蘋果汁、梨汁、桃汁和杏汁的糖酸組成見表2。

1.2.3 可溶性糖組成分析 HPLC法[17],以棉子糖、蔗糖、葡萄糖、果糖、山梨醇為標(biāo)準(zhǔn)品采用外標(biāo)法測定草莓汁中可溶性糖的組成與含量。色譜條件為:Waters Sugar-pak1(6.5×300 mm)色譜柱,流動(dòng)相50 mg/L EDTA二鈉鈣溶液,流速0.5 mL/min,柱溫80 ℃,樣品池溫度30 ℃,進(jìn)樣體積10 μL。

1.2.4 有機(jī)酸組成分析 HPLC法[18],以草酸、酒石酸、奎寧酸、蘋果酸、莽草酸、乳酸、檸檬酸、富馬酸為標(biāo)準(zhǔn)品采用外標(biāo)法測定草莓汁中有機(jī)酸的組成與含量。色譜條件為:Ultimate? AQ-C18(4.6 mm×250 mm,5 μm)色譜柱,流動(dòng)相為0.02 mol/L磷酸氫二銨溶液(磷酸調(diào)pH為2.4),流速1.0 mL/min,柱溫30 ℃,進(jìn)樣體積10 μL,檢測波長210 nm。

1.2.5 數(shù)據(jù)處理 每一試驗(yàn)均進(jìn)行3次重復(fù),采用SPSS 22.0軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同品種草莓果汁中可溶性糖的組成與含量

表2 用于摻假測試的梨汁、蘋果汁、桃汁和杏汁的糖酸組成Table 2 Compositions of soluble sugars and organic acids in pear,apple,peach and apricot juice for adulteration test

表3 不同品種草莓果汁中可溶性糖的組成與含量Table 3 Composition and contents of soluble sugars in strawberry juices of different varieties

注:同一列不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)。草莓果汁中的可溶性糖主要由蔗糖、葡萄糖和果糖組成,棉子糖、山梨醇均未檢出。由表3可見,不同品種草莓果汁中蔗糖、葡萄糖、果糖及總可溶性糖含量均存在較大差異,變異系數(shù)分別為54.53%、11.50%、11.60%和18.15%。供試的10個(gè)品種中,南方紅顏草莓汁中蔗糖含量最高,而其它品種草莓汁中均以果糖含量為最高,其次為葡萄糖,蔗糖含量相對較低。說明原料品種對草莓果汁中可溶性糖的組成與含量存在較大影響。這與Lerceteau等[19]對草莓果實(shí)的研究結(jié)果相一致。在所有供試草莓汁中,果糖含量均略高于葡萄糖,而且不同品種草莓果汁中葡萄糖與果糖的比值差異較小,變異系數(shù)僅為1.48%,說明草莓汁中葡萄糖與果糖的比值受品種的影響較小,因此可以作為草莓汁質(zhì)量評定和摻假鑒別的一個(gè)重要指標(biāo)。高海燕等[20]在對不同品種梨汁的研究中也發(fā)現(xiàn),梨汁中葡萄糖、果糖含量及其之間的比值受品種影響較小,因此可作為判斷梨原汁質(zhì)量優(yōu)劣和真?zhèn)蔚闹匾笜?biāo)。

2.2 不同品種草莓果汁中有機(jī)酸的組成與含量

草莓果汁中的有機(jī)酸主要由蘋果酸、檸檬酸和富馬酸組成,草酸、酒石酸、奎寧酸、莽草酸、乳酸均未檢出。由表4可見,不同品種草莓果汁中蘋果酸、檸檬酸、富馬酸、總有機(jī)酸含量及檸檬酸與蘋果酸之間的比值均存在較大差異,其變異系數(shù)分別為24.21%、20.33%、42.95%、14.10%和34.67%。說明原料品種對草莓果汁中有機(jī)酸的組成與含量存在較大影響。供試的10個(gè)品種的草莓汁中,有機(jī)酸組成均以檸檬酸含量為最高,占草莓汁中檢測到總有機(jī)酸含量的62.39%～82.73%,其次為蘋果酸,占16.22%～37.51%,富馬酸含量很少,僅占0.05%～0.17%。Lerceteau等[19]在對草莓果實(shí)的研究中也發(fā)現(xiàn)草莓中主要有機(jī)酸為檸檬酸和蘋果酸,而且檸檬酸含量遠(yuǎn)高于蘋果酸,但沒有檢測到富馬酸。研究表明,櫻桃果汁中有機(jī)酸組成以蘋果酸為主,蘋果汁、梨汁、桃汁中含有奎寧酸,而且蘋果酸含量一般高于檸檬酸,表現(xiàn)出與草莓汁不同的有機(jī)酸組成特征,因此可以利用有機(jī)酸組成分析來辨別草莓汁與其他果汁[18]。

表4 不同品種草莓果汁中有機(jī)酸的組成與含量Table 4 Composition and contents of organic acids content in strawberry juices of different varieties

注:同一列不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)。

表5 不同品種草莓汁中可溶性糖、有機(jī)酸組分的相關(guān)性Table 5 Correlations among soluble sugars and organic acids of different raspberry juices

注:*相關(guān)性顯著(P<0.05);**相關(guān)性極顯著(P<0.01)。2.3 相關(guān)性分析

對不同品種草莓汁中可溶性糖、有機(jī)酸組分進(jìn)行相關(guān)性分析,結(jié)果見表5。總可溶性糖含量與蔗糖、葡萄糖、果糖含量均呈顯著正相關(guān)或極顯著正相關(guān),說明這三種糖均為草莓汁中重要的可溶性糖組分,也與草莓汁中各種糖的分布情況相符。總有機(jī)酸含量與檸檬酸含量極顯著正相關(guān)(r=0.926,P<0.01),這與檸檬酸在草莓汁總有機(jī)酸含量中所占的比例大相符合。總可溶性糖與總有機(jī)酸、總可溶性糖與檸檬酸、蔗糖與檸檬酸、葡萄糖與富馬酸、果糖與富馬酸、葡萄糖與果糖之間均呈顯著正相關(guān)或極顯著正相關(guān),說明草莓中可溶性糖和有機(jī)酸組分的代謝調(diào)控存在一定的關(guān)聯(lián)性。Lerceteau等[19]在對草莓果實(shí)的研究中也有類似發(fā)現(xiàn)。

2.4 摻假鑒別

2.4.1 主成分分析 按照1.3.2方法制備模擬摻假果汁,分析其中的可溶性糖和有機(jī)酸組成,與10個(gè)草莓原果汁的分析結(jié)果一起組成數(shù)據(jù)矩陣,用SPSS 22.0軟件進(jìn)行主成分分析,提取特征值大于1的主成分,共得到4個(gè)主成分,累計(jì)方差貢獻(xiàn)率為94.377%(表6)。其中,前兩個(gè)主成分方差貢獻(xiàn)率分別為41.905%和28.804%,根據(jù)各樣品在這兩個(gè)主成分上的得分作圖,得到得分圖(圖1)。10個(gè)草莓原汁樣品集中分布于得分圖的第四象限,其它摻假樣品均可以與草莓原汁區(qū)分開,而且摻假比例越高,在得分圖中距離草莓原汁越遠(yuǎn),區(qū)分效果也越好。這說明利用可溶性糖和有機(jī)酸組成結(jié)合主成分分析可以辨別草莓果汁中摻加蘋果汁、梨汁、桃汁、杏汁等摻假行為。

2.4.2 線性辨別分析 線性判別分析(linear discriminant analysis,LDA)也是一種常用的分類方法,在食品真?zhèn)舞b別中得到廣泛應(yīng)用[21-22]。將10個(gè)草莓原果汁以及20個(gè)摻假樣品的可溶性糖和有機(jī)酸分析數(shù)據(jù)用SPSS 22.0軟件進(jìn)行線性辨別分析,得到4個(gè)典型辨別函數(shù),其中前兩個(gè)典型辨別函數(shù)方差貢獻(xiàn)率分別為60.2%和29.1%,根據(jù)這兩個(gè)典型辨別函數(shù)計(jì)算各樣品的得分并作圖,得到線性辨別圖(圖2)。在試驗(yàn)條件下,所有摻假樣品都可與草莓原汁區(qū)分開來,草莓原汁與摻假樣品的分組準(zhǔn)確率為100%。但在不同摻假樣品的分組中,摻加桃汁的樣品和摻加杏汁的樣品各有1個(gè)分組錯(cuò)誤(表7),這可能是由于桃汁和杏汁的可溶性糖和有機(jī)酸組成比較接近,導(dǎo)致?lián)郊贅悠废嗨贫容^高而難以區(qū)分,但這不影響草莓汁與摻加桃汁和杏汁等摻假樣品之間的區(qū)分。說明利用可溶性糖和有機(jī)酸組成結(jié)合線性辨別分析可以辨別草莓果汁中摻加蘋果汁、梨汁、桃汁、杏汁等摻假行為。這也與主成分分析結(jié)果相一致。但由于本研究只涉及10個(gè)不同品種的草莓果汁,其他因素是否會(huì)影響區(qū)分效果,還需要進(jìn)一步加大樣本量來進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證。

表6 主成分的特征值及其貢獻(xiàn)率Table 6 Eigenvalues and cumulative proportion of principal components

表7 判別分析結(jié)果Table 7 Results of discriminant analysis

圖1 主成分分析的得分圖Fig.1 Score plots obtained fromthe principal component analysis

注:LW:摻加梨汁的樣品;PW:摻加蘋果汁的樣品;XW:摻加杏汁的樣品;TW:摻加桃汁的樣品。

圖2 草莓原汁及其摻假樣品的線性辨別圖Fig.2 Linear discriminant analysis ofstrawberry juices with adulterates

3 結(jié)論

草莓汁中可溶性糖主要由蔗糖、葡萄糖和果糖組成,有機(jī)酸主要是檸檬酸和蘋果酸,富馬酸很少。不同品種草莓果汁中各種可溶性糖和有機(jī)酸的含量存在較大差異,但在所有品種草莓果汁中果糖含量均略高于葡萄糖,而且其比值受品種影響較小,可作為草莓汁質(zhì)量評定和摻假鑒別的一個(gè)重要指標(biāo)。

通過分析草莓原汁及其摻假樣品中可溶性糖和有機(jī)酸組成,結(jié)合主成分分析和線性辨別分析等模式識(shí)別方法,可以實(shí)現(xiàn)對草莓果汁與摻加梨汁、蘋果汁、杏汁和桃汁等摻假樣品的區(qū)分,而且摻假量越大,識(shí)別效果越好。根據(jù)草莓果汁可溶性糖和有機(jī)酸組成特征,結(jié)合化學(xué)計(jì)量學(xué)分析,對于摻假草莓果汁具有較好的區(qū)分效果,可用于草莓果汁摻假鑒定和質(zhì)量控制。